JPH0842486A - 摩擦ポンプ - Google Patents
摩擦ポンプInfo
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- JPH0842486A JPH0842486A JP7031092A JP3109295A JPH0842486A JP H0842486 A JPH0842486 A JP H0842486A JP 7031092 A JP7031092 A JP 7031092A JP 3109295 A JP3109295 A JP 3109295A JP H0842486 A JPH0842486 A JP H0842486A
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- F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
- F04D17/08—Centrifugal pumps
- F04D17/16—Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
- F04D17/168—Pumps specially adapted to produce a vacuum
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- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
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- F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
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- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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- Electromagnetism (AREA)
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジークバーン形ないしホルベック形の摩擦ポ
ンプにおいて、高い回転数で運転でき、回転部材と固定
部材との間の間隙を小さく抑えることのできる構成を提
供する。 【構成】 ジークバーン形ないしホルベック形の摩擦ポ
ンプに、自己調節機能を有する、永久磁石（１０、１
２）を用いた磁気軸受を備えた。この磁気軸受に関し、
同一の構成要素（６、８；７、１１）が、その磁気軸受
の基本的構成要素としても機能し、また同時に摩擦ポン
プの基本的構成要素としても機能するよう、それら構成
要素を形成し且つ組み合わせた。
ンプにおいて、高い回転数で運転でき、回転部材と固定
部材との間の間隙を小さく抑えることのできる構成を提
供する。 【構成】 ジークバーン形ないしホルベック形の摩擦ポ
ンプに、自己調節機能を有する、永久磁石（１０、１
２）を用いた磁気軸受を備えた。この磁気軸受に関し、
同一の構成要素（６、８；７、１１）が、その磁気軸受
の基本的構成要素としても機能し、また同時に摩擦ポン
プの基本的構成要素としても機能するよう、それら構成
要素を形成し且つ組み合わせた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、排気用の摩擦ポンプに
関するものであり、より詳しくは、２枚の固定板の間で
回転する回転板から成るポンプ段を少なくとも１段備
え、前記回転板の片面ないし両面、もしくは前記２枚の
固定板の前記回転板に対向した２つの面の一方ないし両
方の面に、螺旋形の条溝及び突条を設けて成る、排気用
のジークバーン形摩擦ポンプに関し、また、２つの固定
円筒壁部材の間で回転する回転中空円筒部材から成るポ
ンプ段を少なくとも１段備え、前記回転中空円筒部材の
片面ないし両面、もしくは前記回転中空円筒部材に対向
した前記２つの固定円筒壁部材の２つの面の一方ないし
両方の面に、螺旋形の条溝及び突条を設けて成る、排気
用のホルベック形摩擦ポンプに関するものである。
関するものであり、より詳しくは、２枚の固定板の間で
回転する回転板から成るポンプ段を少なくとも１段備
え、前記回転板の片面ないし両面、もしくは前記２枚の
固定板の前記回転板に対向した２つの面の一方ないし両
方の面に、螺旋形の条溝及び突条を設けて成る、排気用
のジークバーン形摩擦ポンプに関し、また、２つの固定
円筒壁部材の間で回転する回転中空円筒部材から成るポ
ンプ段を少なくとも１段備え、前記回転中空円筒部材の
片面ないし両面、もしくは前記回転中空円筒部材に対向
した前記２つの固定円筒壁部材の２つの面の一方ないし
両方の面に、螺旋形の条溝及び突条を設けて成る、排気
用のホルベック形摩擦ポンプに関するものである。
【０００２】それら摩擦ポンプにおいては、磁気軸受が
その摩擦ポンプの一体不可分の構成部分を形成してい
る。従って、その構成部分は、磁気軸受の基本的構成要
素としての機能を果たすものであると同時に、真空ポン
プの機能を得るために不可欠な基本的構成要素としての
機能も果たすものとなっている。
その摩擦ポンプの一体不可分の構成部分を形成してい
る。従って、その構成部分は、磁気軸受の基本的構成要
素としての機能を果たすものであると同時に、真空ポン
プの機能を得るために不可欠な基本的構成要素としての
機能も果たすものとなっている。
【０００３】
【従来の技術】従来から様々な形式の排気用の摩擦ポン
プが公知となっている。摩擦ポンプの動作メカニズムの
基本は、運動する壁面から気体粒子へ、運動量が伝達さ
れるということである。これによって所望の方向の気体
の流れを発生させている。摩擦ポンプは、気体分子の自
由行程がポンプの幾何学寸法より大きくなるような圧力
範囲で作動するものであり、そのため分子流領域で作動
する摩擦ポンプは、分子ポンプと呼ばれている。
プが公知となっている。摩擦ポンプの動作メカニズムの
基本は、運動する壁面から気体粒子へ、運動量が伝達さ
れるということである。これによって所望の方向の気体
の流れを発生させている。摩擦ポンプは、気体分子の自
由行程がポンプの幾何学寸法より大きくなるような圧力
範囲で作動するものであり、そのため分子流領域で作動
する摩擦ポンプは、分子ポンプと呼ばれている。
【０００４】このような摩擦ポンプの最初のものはゲー
デによって提案された（W. Gaede,Ann. Phys. 41 (191
3) 337 ff.）。その基本原理を踏襲した、ゲーデ形ポン
プの発展技術というべきものが、ジークバーン形ポンプ
である（M. Siegbahn, Arch.Math. Ash. Fys. 30 B (19
43)）である。ジークバーン形ポンプでは、運動する壁
面として、回転板を使用している。摩擦ポンプの更に別
の構成として、ホルベックが提案したホルベック形ポン
プがある（F. Holweck, Comptes rendus Acad.Sience 1
77 (1923) 43 ff.）。ホルベック形ポンプは、円筒表面
が、運動する壁面としての機能を果たすようにしたもの
である。
デによって提案された（W. Gaede,Ann. Phys. 41 (191
3) 337 ff.）。その基本原理を踏襲した、ゲーデ形ポン
プの発展技術というべきものが、ジークバーン形ポンプ
である（M. Siegbahn, Arch.Math. Ash. Fys. 30 B (19
43)）である。ジークバーン形ポンプでは、運動する壁
面として、回転板を使用している。摩擦ポンプの更に別
の構成として、ホルベックが提案したホルベック形ポン
プがある（F. Holweck, Comptes rendus Acad.Sience 1
77 (1923) 43 ff.）。ホルベック形ポンプは、円筒表面
が、運動する壁面としての機能を果たすようにしたもの
である。
【０００５】それらに続く気体摩擦ポンプの発展の中
で、大いなる進歩と呼べるのは、ベッカー形の構成であ
った（W. Becker, Vakuum Technik 9/10 (1966)）。ベ
ッカー形の構成では、運動壁体と固定壁体とを交互に何
層にも配設し、それら運動壁体と固定壁体との両方を、
タービンブレードを備えたタービン羽根車の形態にした
ものである。そのため、このベッカー形の構成に対して
は、ターボ分子ポンプという名称が使用されるようにな
った。
で、大いなる進歩と呼べるのは、ベッカー形の構成であ
った（W. Becker, Vakuum Technik 9/10 (1966)）。ベ
ッカー形の構成では、運動壁体と固定壁体とを交互に何
層にも配設し、それら運動壁体と固定壁体との両方を、
タービンブレードを備えたタービン羽根車の形態にした
ものである。そのため、このベッカー形の構成に対して
は、ターボ分子ポンプという名称が使用されるようにな
った。
【０００６】以上に列挙した、最初にゲーデによって提
案された摩擦ポンプのその後の様々な発展形態は、真空
技術の分野において、また特に高真空技術並びに超高真
空技術の分野において、ますます重要な役割を担うよう
になってきた。またそれに伴って、一方のベッカー形タ
ーボ分子ポンプの適用領域と、他方のジークバーン形摩
擦ポンプ及びホルベック形摩擦ポンプの適用領域とが、
分離されるようになった。ターボ分子ポンプは、多数の
ポンプ段を一列に並べた構成を有することから高い圧力
比を得ることができ、そのため高真空領域及び超高真空
領域への適用に特に適している。しかしながら、それよ
り圧力が高い領域への適用には制約があり、その原因
は、ターボ分子ポンプはポンプ構成要素の間の間隔が大
きいため、約１０-1ミリバール以下の低圧でないと十分
に機能しないことにある。ジークバーン形摩擦ポンプ及
びホルベック形摩擦ポンプは、そこから更に高圧側に続
く圧力領域へ適用しても良好に適合する。これら摩擦ポ
ンプは、そのような圧力領域において単独で使用し得る
のみならず、ターボ分子ポンプと直列に接続して使用す
ることも可能である。このようにターボ分子ポンプと摩
擦ポンプとを組み合わせた最近の組合せ構造は、ターボ
分子ポンプの作動領域を排出圧力のより高い方へシフト
させるための優れた構成態様となっている。
案された摩擦ポンプのその後の様々な発展形態は、真空
技術の分野において、また特に高真空技術並びに超高真
空技術の分野において、ますます重要な役割を担うよう
になってきた。またそれに伴って、一方のベッカー形タ
ーボ分子ポンプの適用領域と、他方のジークバーン形摩
擦ポンプ及びホルベック形摩擦ポンプの適用領域とが、
分離されるようになった。ターボ分子ポンプは、多数の
ポンプ段を一列に並べた構成を有することから高い圧力
比を得ることができ、そのため高真空領域及び超高真空
領域への適用に特に適している。しかしながら、それよ
り圧力が高い領域への適用には制約があり、その原因
は、ターボ分子ポンプはポンプ構成要素の間の間隔が大
きいため、約１０-1ミリバール以下の低圧でないと十分
に機能しないことにある。ジークバーン形摩擦ポンプ及
びホルベック形摩擦ポンプは、そこから更に高圧側に続
く圧力領域へ適用しても良好に適合する。これら摩擦ポ
ンプは、そのような圧力領域において単独で使用し得る
のみならず、ターボ分子ポンプと直列に接続して使用す
ることも可能である。このようにターボ分子ポンプと摩
擦ポンプとを組み合わせた最近の組合せ構造は、ターボ
分子ポンプの作動領域を排出圧力のより高い方へシフト
させるための優れた構成態様となっている。
【０００７】この種のポンプの機能に関しては、逆流損
失ないし逆輸送損失を小さく抑えるために、回転部材と
固定部材との間の間隙を非常に小さく抑えることが本質
的に必要とされている。これは特に、ジークバーン形摩
擦ポンプ及びホルベック形摩擦ポンプに関していえるこ
とである。そうすることによって、これら摩擦ポンプで
は（並びにターボ分子ポンプでも）、回転部材と固定部
材との間の間隙が、ポンプで排気しようとしている気体
の分子の平均自由行程より小さくなるという条件を満た
すようになり、より圧力の高い方の圧力領域でも分子流
量域でも作動できるようになる。更にそれによって、以
上に挙げたポンプは、分子流領域における全圧力比も改
善される。
失ないし逆輸送損失を小さく抑えるために、回転部材と
固定部材との間の間隙を非常に小さく抑えることが本質
的に必要とされている。これは特に、ジークバーン形摩
擦ポンプ及びホルベック形摩擦ポンプに関していえるこ
とである。そうすることによって、これら摩擦ポンプで
は（並びにターボ分子ポンプでも）、回転部材と固定部
材との間の間隙が、ポンプで排気しようとしている気体
の分子の平均自由行程より小さくなるという条件を満た
すようになり、より圧力の高い方の圧力領域でも分子流
量域でも作動できるようになる。更にそれによって、以
上に挙げたポンプは、分子流領域における全圧力比も改
善される。
【０００８】以上に挙げたポンプの全てに共通している
のは、運動する壁面の機能を果たしている回転部材の周
速度に対して、圧力比は指数関数的に変化し、排気速度
は一次関数的に変化するということである。そのため、
効果的なポンプ性能を得るには、ロータ回転数を非常に
高くすることが基本的に必要であるが、一方では、連続
運転を高い信頼性をもって行えるようにすることも基本
的に必要である。
のは、運動する壁面の機能を果たしている回転部材の周
速度に対して、圧力比は指数関数的に変化し、排気速度
は一次関数的に変化するということである。そのため、
効果的なポンプ性能を得るには、ロータ回転数を非常に
高くすることが基本的に必要であるが、一方では、連続
運転を高い信頼性をもって行えるようにすることも基本
的に必要である。
【０００９】そのため、ロータを軸支する軸受構造が非
常に重要になる。油潤滑玉軸受を使用した伝統的なロー
タ軸受構造と並んで、現在では、永久磁石を用いた磁気
軸受と玉軸受とを組み合わせた軸受構造も採用されてい
る。完全無接触状態で軸支するための様々な実施態様の
アクティブ制御式磁気軸受も採用されている。
常に重要になる。油潤滑玉軸受を使用した伝統的なロー
タ軸受構造と並んで、現在では、永久磁石を用いた磁気
軸受と玉軸受とを組み合わせた軸受構造も採用されてい
る。完全無接触状態で軸支するための様々な実施態様の
アクティブ制御式磁気軸受も採用されている。
【００１０】回転数は高くすること、そして、固定部材
と回転部材との間の間隙はできる限り小さくすること、
これら２つの困難な要求は、摩擦ポンプの構造に関す
る、折り合いを付けることが困難な２つの必要条件であ
る。回転数を高くするほど、衝突を避け、従ってポンプ
の損傷ないし完全な破壊を避けるために、固定部材と回
転部材との間の最小間隙をそれに応じて大きくする必要
がある。ジークバーン形摩擦ポンプ並びにホルベック形
摩擦ポンプでは、効果的なポンプ性能を得るためには、
この間隙を非常に小さくせねばならないため、その基準
が非常に重要な役割を果たすことになる。例えば上述の
間隙を小さく抑えると、連続運転の長い時間の間に重大
な障害を引き起こすおそれが生じる。
と回転部材との間の間隙はできる限り小さくすること、
これら２つの困難な要求は、摩擦ポンプの構造に関す
る、折り合いを付けることが困難な２つの必要条件であ
る。回転数を高くするほど、衝突を避け、従ってポンプ
の損傷ないし完全な破壊を避けるために、固定部材と回
転部材との間の最小間隙をそれに応じて大きくする必要
がある。ジークバーン形摩擦ポンプ並びにホルベック形
摩擦ポンプでは、効果的なポンプ性能を得るためには、
この間隙を非常に小さくせねばならないため、その基準
が非常に重要な役割を果たすことになる。例えば上述の
間隙を小さく抑えると、連続運転の長い時間の間に重大
な障害を引き起こすおそれが生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、回転
数を非常に高くし且つ上述の間隙をできるだけ小さくす
るという困難な要求を満たしつつ、また摩擦ポンプに特
有の例えば無潤滑で真空が得られるという優れた特性を
生かしつつ、安全確実で信頼性の高い連続運転を保証す
る摩擦ポンプを提供することにある。また具体的には、
ジークバーン形摩擦ポンプ及びホルベック形摩擦ポンプ
において、連続運転の期間中、非常に小さな間隙を維持
するという課題を達成することを目的とする。
数を非常に高くし且つ上述の間隙をできるだけ小さくす
るという困難な要求を満たしつつ、また摩擦ポンプに特
有の例えば無潤滑で真空が得られるという優れた特性を
生かしつつ、安全確実で信頼性の高い連続運転を保証す
る摩擦ポンプを提供することにある。また具体的には、
ジークバーン形摩擦ポンプ及びホルベック形摩擦ポンプ
において、連続運転の期間中、非常に小さな間隙を維持
するという課題を達成することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
れば、前記ジークバーン形摩擦ポンプに関しては、前記
回転板を導電性材料で形成し、該回転板の両側に、前記
固定板に取り付けた永久磁石を配設し、該永久磁石を、
対向する向きの渦電流が前記回転板に誘導されるように
配置し、該渦電流によって、ロータに対して軸方向安定
化力を作用させる磁界が発生するようにしたことによっ
て達成されており、また、前記ホルベック形摩擦ポンプ
に関しては、前記回転中空円筒部材を導電性材料で形成
し、該回転中空円筒部材の両側に、前記固定円筒壁部材
に取り付けた永久磁石を配設し、該永久磁石を、対向す
る向きの渦電流が前記回転中空円筒部材に誘導されるよ
うに配置し、該渦電流によって、ロータに対して径方向
安定化力を作用させる磁界が発生するようにしたことに
よって達成されている。
れば、前記ジークバーン形摩擦ポンプに関しては、前記
回転板を導電性材料で形成し、該回転板の両側に、前記
固定板に取り付けた永久磁石を配設し、該永久磁石を、
対向する向きの渦電流が前記回転板に誘導されるように
配置し、該渦電流によって、ロータに対して軸方向安定
化力を作用させる磁界が発生するようにしたことによっ
て達成されており、また、前記ホルベック形摩擦ポンプ
に関しては、前記回転中空円筒部材を導電性材料で形成
し、該回転中空円筒部材の両側に、前記固定円筒壁部材
に取り付けた永久磁石を配設し、該永久磁石を、対向す
る向きの渦電流が前記回転中空円筒部材に誘導されるよ
うに配置し、該渦電流によって、ロータに対して径方向
安定化力を作用させる磁界が発生するようにしたことに
よって達成されている。
【００１３】新形式の磁気軸受を開発したことによっ
て、摩擦ポンプにおける非常に小さな間隙を一定に維持
するという問題が洗練された方法で解決されている。こ
の解決法は洗練された方法であるばかりでなく更に簡明
な方法でもあり、なぜならば、この解決法は、ポンプの
基本的構成要素と磁気軸受の基本的構成要素とを同一の
構成部材とし、その構成部材が、摩擦ポンプのポンプ機
能を発揮するという必要条件と、磁気軸受としての基本
的特性を提供するという条件との、本来は異なった条件
を同時に満足するようにしているからである。
て、摩擦ポンプにおける非常に小さな間隙を一定に維持
するという問題が洗練された方法で解決されている。こ
の解決法は洗練された方法であるばかりでなく更に簡明
な方法でもあり、なぜならば、この解決法は、ポンプの
基本的構成要素と磁気軸受の基本的構成要素とを同一の
構成部材とし、その構成部材が、摩擦ポンプのポンプ機
能を発揮するという必要条件と、磁気軸受としての基本
的特性を提供するという条件との、本来は異なった条件
を同時に満足するようにしているからである。
【００１４】磁気軸受は自己調節機能を備えた軸受であ
り、渦電流誘導の原理に基づいたものである。そのため
一般的に、その調節機能を発揮する部材を、導電性を有
する薄肉の部材として構成する必要があり、その導電性
薄肉部材に対向させるようにして複数の永久磁石を配列
する。導電性薄肉部材が永久磁石に対して相対的に運動
することによって、導電性薄肉部材の中に渦電流が誘導
され、その誘導渦電流によって発生する磁界のために、
導電性薄肉部材と永久磁石との間に反発力が作用する。
導電性薄肉部材と永久磁石との間が近付くほど誘導電流
は大きくなり、従ってその誘導電流によって発生する磁
界も強力になる。そのため、導電性薄肉部材が永久磁石
に近付こうとする運動に対して、抵抗力として働く反発
力もまた増大する。導電性薄肉部材と永久磁石とが離れ
ようとするときには、それに応じて以上とは逆の作用が
生じる。従ってこの導電性薄肉部材は、磁力の大きさが
可変の磁石のように機能する。以上の機構は、このよう
にして自己調節機能を発揮する。
り、渦電流誘導の原理に基づいたものである。そのため
一般的に、その調節機能を発揮する部材を、導電性を有
する薄肉の部材として構成する必要があり、その導電性
薄肉部材に対向させるようにして複数の永久磁石を配列
する。導電性薄肉部材が永久磁石に対して相対的に運動
することによって、導電性薄肉部材の中に渦電流が誘導
され、その誘導渦電流によって発生する磁界のために、
導電性薄肉部材と永久磁石との間に反発力が作用する。
導電性薄肉部材と永久磁石との間が近付くほど誘導電流
は大きくなり、従ってその誘導電流によって発生する磁
界も強力になる。そのため、導電性薄肉部材が永久磁石
に近付こうとする運動に対して、抵抗力として働く反発
力もまた増大する。導電性薄肉部材と永久磁石とが離れ
ようとするときには、それに応じて以上とは逆の作用が
生じる。従ってこの導電性薄肉部材は、磁力の大きさが
可変の磁石のように機能する。以上の機構は、このよう
にして自己調節機能を発揮する。
【００１５】互いに相対的に運動する部材どうしの幾何
学的配置に関しては、様々な配置態様が存在している。
磁気リニアベアリングを構成するためのリニア形の配置
態様もあるが、このような配置態様は本発明への適用と
いう点では無意味であり、それとは別の回転対称形の配
置態様にうちに、真空ポンプへの適用に適した２通りの
配置態様がある。
学的配置に関しては、様々な配置態様が存在している。
磁気リニアベアリングを構成するためのリニア形の配置
態様もあるが、このような配置態様は本発明への適用と
いう点では無意味であり、それとは別の回転対称形の配
置態様にうちに、真空ポンプへの適用に適した２通りの
配置態様がある。
【００１６】上述の導電性部材は、例えば円板等の回転
板の形状に形成することができる。この回転板の両側
に、永久磁石を備えたステータ構造体を配設する。この
配置態様は基本的に、ジークバーン形摩擦ポンプの構造
に対応したものである。この場合には、ステータ構造体
の間に回転板を配設している。
板の形状に形成することができる。この回転板の両側
に、永久磁石を備えたステータ構造体を配設する。この
配置態様は基本的に、ジークバーン形摩擦ポンプの構造
に対応したものである。この場合には、ステータ構造体
の間に回転板を配設している。
【００１７】本発明においては、磁気軸受の構成部材で
もありジークバーン形摩擦ポンプの構成部材でもある兼
用の構成部材を、磁気軸受にとっての本質的な特性と摩
擦ポンプにとっての本質的な特性との双方を満足するよ
うに配置して組み合わせている。即ち、上述の薄肉の回
転板を電気の良導体とし、それによって、その回転板に
誘導電流を発生させ得るようにしている。更に加えて、
回転板の材質は、摩擦ポンプに必要な高い回転数によっ
て発生する荷重に耐えられるだけの剛性を有する必要で
ある。一方、ステータ構成部材は、永久磁石を担持する
と共に、排気のための螺旋形の条溝を備えている必要が
ある。ただし、その変更例として、螺旋形の条溝を回転
板に設けるようにすることも可能である。
もありジークバーン形摩擦ポンプの構成部材でもある兼
用の構成部材を、磁気軸受にとっての本質的な特性と摩
擦ポンプにとっての本質的な特性との双方を満足するよ
うに配置して組み合わせている。即ち、上述の薄肉の回
転板を電気の良導体とし、それによって、その回転板に
誘導電流を発生させ得るようにしている。更に加えて、
回転板の材質は、摩擦ポンプに必要な高い回転数によっ
て発生する荷重に耐えられるだけの剛性を有する必要で
ある。一方、ステータ構成部材は、永久磁石を担持する
と共に、排気のための螺旋形の条溝を備えている必要が
ある。ただし、その変更例として、螺旋形の条溝を回転
板に設けるようにすることも可能である。
【００１８】また、上述の導電性部材を、回転中空円筒
部材として形成することもできる。この中空円筒部材の
両側に、永久磁石を備えたステータ構造体を配設する。
この配置態様は基本的に、ホルベック形摩擦ポンプの構
造に対応したものである。この場合には、ステータ構造
体の間に回転円筒部材を配設している。
部材として形成することもできる。この中空円筒部材の
両側に、永久磁石を備えたステータ構造体を配設する。
この配置態様は基本的に、ホルベック形摩擦ポンプの構
造に対応したものである。この場合には、ステータ構造
体の間に回転円筒部材を配設している。
【００１９】上で説明したジークバーン形摩擦ポンプの
場合と同様の考え方を用いれば、ホルベック形摩擦ポン
プに関しても磁気軸受で軸支した洗練されたしかも簡明
な構成を得ることができる。なおこの場合にも、螺旋形
の条溝は、ステータを構成している部材に設けるばかり
でなく、ロータを構成している部材に設けることも可能
である。
場合と同様の考え方を用いれば、ホルベック形摩擦ポン
プに関しても磁気軸受で軸支した洗練されたしかも簡明
な構成を得ることができる。なおこの場合にも、螺旋形
の条溝は、ステータを構成している部材に設けるばかり
でなく、ロータを構成している部材に設けることも可能
である。
【００２０】回転板を用いた構成態様と回転円筒部材を
用いた構成態様という、上述の２通りの構成態様の間の
中間的な構成態様として、上述の導電性部材を円錐形な
いし球形の部材とした構成態様も可能である。また、そ
のようにした場合に、導電性部材以外のその他の部材の
構成をどのようにすべきかは、上の説明から明らかであ
る。
用いた構成態様という、上述の２通りの構成態様の間の
中間的な構成態様として、上述の導電性部材を円錐形な
いし球形の部材とした構成態様も可能である。また、そ
のようにした場合に、導電性部材以外のその他の部材の
構成をどのようにすべきかは、上の説明から明らかであ
る。
【００２１】更には上述の２通りの構成態様を、軸受の
構成部材としての機能ないしポンプの構成部材としての
機能を得るために利用することに加えて、１台のポンプ
の中にそれらを組み合わせて利用することも可能であ
る。そうした場合には、径方向の支持構造（ジークバー
ン形の構造の場合）ないし軸方向の支持構造（ホルベッ
ク形の構成の場合）の１つを、余分なものとして省略す
ることができる。
構成部材としての機能ないしポンプの構成部材としての
機能を得るために利用することに加えて、１台のポンプ
の中にそれらを組み合わせて利用することも可能であ
る。そうした場合には、径方向の支持構造（ジークバー
ン形の構造の場合）ないし軸方向の支持構造（ホルベッ
ク形の構成の場合）の１つを、余分なものとして省略す
ることができる。
【００２２】回転部材と固定部材との間の隙間をできる
限り小さくすること、それに周速度をできる限り大きく
すること、これら２つの条件は、磁気軸受としての性能
を効果的なものとするための前提条件であると共に、摩
擦ポンプとしての性能を効果的なものとするための前提
条件でもある。
限り小さくすること、それに周速度をできる限り大きく
すること、これら２つの条件は、磁気軸受としての性能
を効果的なものとするための前提条件であると共に、摩
擦ポンプとしての性能を効果的なものとするための前提
条件でもある。
【００２３】本発明によれば、これら厳しい要求条件の
双方を満足する構成を作り出すことに成功している。そ
のため、磁気軸受にとっての基本的構成要素が同時に真
空ポンプにとっての基本的機能を果たすようにした、磁
気軸受で軸支した真空ポンプを構成することができる。
このような洗練された簡明な構成態様は、従来の構成態
様と比較して、寸法的にはよりコンパクトで、動作に関
してはより信頼性が高くより安全確実な構成態様となり
得るものである。ターボ分子ポンプと組み合わせた構造
的組合せによって、より広い圧力範囲に適用でき、しか
も簡単な構成の補助ポンプ（例えば膜ポンプ等）に接続
して運転することができる、真空ポンプが得られる。
双方を満足する構成を作り出すことに成功している。そ
のため、磁気軸受にとっての基本的構成要素が同時に真
空ポンプにとっての基本的機能を果たすようにした、磁
気軸受で軸支した真空ポンプを構成することができる。
このような洗練された簡明な構成態様は、従来の構成態
様と比較して、寸法的にはよりコンパクトで、動作に関
してはより信頼性が高くより安全確実な構成態様となり
得るものである。ターボ分子ポンプと組み合わせた構造
的組合せによって、より広い圧力範囲に適用でき、しか
も簡単な構成の補助ポンプ（例えば膜ポンプ等）に接続
して運転することができる、真空ポンプが得られる。
【００２４】
【実施例】以下に添付図面を参照しつつ、本発明をその
実施例に即して更に詳細に説明して行く。図１及び図２
に、単段式の形態のジークバーン形摩擦ポンプを示し
た。この摩擦ポンプは、その摩擦ポンプとしての本質的
構成部材が、同時に、自己調節機能を備えた磁気スラス
ト軸受の基本的構成部材としての機能も果たすようにし
たものである。吸気口フランジ２と排気口３とを備えた
ポンプケーシング１の中で、回転軸４がモータ機構５に
よって駆動される。回転軸４には、導電性材料製の平ら
な円板６を取り付けてある。この円板６に向かい合うよ
うにして、この円板６の両側に一対の固定板８を配設し
てある。それら固定板８がポンプの構成要素としての機
能を果たすようにするために、それら固定板８には、螺
旋形の複数本の条溝９を設けてあり、それら複数本の条
溝９は複数本の突条１９によって夫々隔てられている。
回転する上述の円板（回転板）６によって運動量を付与
された気体が、それら条溝９の中を輸送されて行く。固
定板８には更に、それら固定板８が磁気スラスト軸受の
構成要素としての機能を果たすようにするために、複数
の永久磁石１０を取り付けてあり、それら永久磁石１０
は、条溝９の下側に配設しても良く、或いは、突条１９
の中に配設しても良い。それら永久磁石１０は導電性の
回転板６に渦電流を誘導し、その渦電流によって磁界が
発生する。その結果として発生する力が、回転板６と固
定板８との間の軸方向の反発力として働く。回転板６が
一方の固定板８に接近したならば、その接近した側の磁
界が強まり、従ってそちら側の反発力が強まる。これと
は逆に間隔が広がった場合には、反発力が減少する。こ
のようにして、磁気スラスト軸受の自己調節機能が得ら
れている。
実施例に即して更に詳細に説明して行く。図１及び図２
に、単段式の形態のジークバーン形摩擦ポンプを示し
た。この摩擦ポンプは、その摩擦ポンプとしての本質的
構成部材が、同時に、自己調節機能を備えた磁気スラス
ト軸受の基本的構成部材としての機能も果たすようにし
たものである。吸気口フランジ２と排気口３とを備えた
ポンプケーシング１の中で、回転軸４がモータ機構５に
よって駆動される。回転軸４には、導電性材料製の平ら
な円板６を取り付けてある。この円板６に向かい合うよ
うにして、この円板６の両側に一対の固定板８を配設し
てある。それら固定板８がポンプの構成要素としての機
能を果たすようにするために、それら固定板８には、螺
旋形の複数本の条溝９を設けてあり、それら複数本の条
溝９は複数本の突条１９によって夫々隔てられている。
回転する上述の円板（回転板）６によって運動量を付与
された気体が、それら条溝９の中を輸送されて行く。固
定板８には更に、それら固定板８が磁気スラスト軸受の
構成要素としての機能を果たすようにするために、複数
の永久磁石１０を取り付けてあり、それら永久磁石１０
は、条溝９の下側に配設しても良く、或いは、突条１９
の中に配設しても良い。それら永久磁石１０は導電性の
回転板６に渦電流を誘導し、その渦電流によって磁界が
発生する。その結果として発生する力が、回転板６と固
定板８との間の軸方向の反発力として働く。回転板６が
一方の固定板８に接近したならば、その接近した側の磁
界が強まり、従ってそちら側の反発力が強まる。これと
は逆に間隔が広がった場合には、反発力が減少する。こ
のようにして、磁気スラスト軸受の自己調節機能が得ら
れている。
【００２５】この実施例では、ロータ構造体の径方向の
安定化はパッシブ永久磁石軸受１４によって行ってい
る。ただし、この径方向の安定化は、その他の任意の、
磁石を用いた構成、電磁石を用いた構成、及び／また
は、機械的な構成によって行うことも可能である。
安定化はパッシブ永久磁石軸受１４によって行ってい
る。ただし、この径方向の安定化は、その他の任意の、
磁石を用いた構成、電磁石を用いた構成、及び／また
は、機械的な構成によって行うことも可能である。
【００２６】誘導渦電流が発生しているのは、従って磁
界が発生しているのは、回転板６が回転しているときだ
けであり、そのため、ロータ構造体が静止しているとき
には上述の軸受構造は機能を消失している。そのような
状況に対処するために、一対の始動及び停止用軸受１５
を備えており、ロータ構造体の静止時や回転開始時に
は、それら軸受１５によってロータ構造体を軸方向に支
持するようにしている。またそれら軸受１５は、この実
施例では更に、構造体全体の運転中における緊急用軸受
としての機能も果たしている。
界が発生しているのは、回転板６が回転しているときだ
けであり、そのため、ロータ構造体が静止しているとき
には上述の軸受構造は機能を消失している。そのような
状況に対処するために、一対の始動及び停止用軸受１５
を備えており、ロータ構造体の静止時や回転開始時に
は、それら軸受１５によってロータ構造体を軸方向に支
持するようにしている。またそれら軸受１５は、この実
施例では更に、構造体全体の運転中における緊急用軸受
としての機能も果たしている。
【００２７】図３、図４、及び図５に、単段式の形態の
ホルベック形摩擦ポンプを示した。この摩擦ポンプは、
その摩擦ポンプとしての本質的構成部材が、同時に、自
己調節機能を備えた磁気ラジアル軸受の基本的構成部材
としての機能も果たすようにしたものである。ポンプケ
ーシング、回転軸、及びモータ機構は、図１に示したも
のと同じである。ただし、回転軸４には、平らな円板で
はなく、導電性材料製の中空円筒部材７を取り付けてあ
る。この中空円筒部材７の内外両面の円筒壁面に向かい
合うようにして、この中空円筒部材７の内外両側に一対
の固定円筒壁部材１１を設けてある。それら固定円筒壁
部材１１がポンプの構成要素としての機能を果たすよう
にするために、それら固定円筒壁部材１１には、螺旋形
の複数本の条溝１３と複数本の突条２０とを設けてあ
る。回転する上述の中空円筒部材７によって運動量を付
与された気体が、それら条溝１３の中を輸送されて行
く。固定円筒壁部材１１には更に、それら固定円筒壁部
材１１が磁気ラジアル軸受の構成要素としての機能を果
たすようにするために、複数の永久磁石１２を取り付け
てあり、それら永久磁石１２は、条溝１３の下側に配設
しても良く、或いは、突条２０の中に配設しても良い。
中空円筒部材７を回転させることによって、上の第１実
施例に関して説明したのもと同様の、反発力の作用及び
自己調節機能が得られるが、ただしこの実施例では、反
発力が作用する方向が径方向であるという点が異なって
いる。
ホルベック形摩擦ポンプを示した。この摩擦ポンプは、
その摩擦ポンプとしての本質的構成部材が、同時に、自
己調節機能を備えた磁気ラジアル軸受の基本的構成部材
としての機能も果たすようにしたものである。ポンプケ
ーシング、回転軸、及びモータ機構は、図１に示したも
のと同じである。ただし、回転軸４には、平らな円板で
はなく、導電性材料製の中空円筒部材７を取り付けてあ
る。この中空円筒部材７の内外両面の円筒壁面に向かい
合うようにして、この中空円筒部材７の内外両側に一対
の固定円筒壁部材１１を設けてある。それら固定円筒壁
部材１１がポンプの構成要素としての機能を果たすよう
にするために、それら固定円筒壁部材１１には、螺旋形
の複数本の条溝１３と複数本の突条２０とを設けてあ
る。回転する上述の中空円筒部材７によって運動量を付
与された気体が、それら条溝１３の中を輸送されて行
く。固定円筒壁部材１１には更に、それら固定円筒壁部
材１１が磁気ラジアル軸受の構成要素としての機能を果
たすようにするために、複数の永久磁石１２を取り付け
てあり、それら永久磁石１２は、条溝１３の下側に配設
しても良く、或いは、突条２０の中に配設しても良い。
中空円筒部材７を回転させることによって、上の第１実
施例に関して説明したのもと同様の、反発力の作用及び
自己調節機能が得られるが、ただしこの実施例では、反
発力が作用する方向が径方向であるという点が異なって
いる。
【００２８】ロータ構造体の軸方向の安定化は、パッシ
ブ永久磁石軸受１６によって行っているが、同等の機能
を有するその他の軸受構造によって行うようにしても良
い。この実施例では、始動及び停止用の、また、緊急用
の軸受として、この実施例には、一対の玉軸受１７を備
えている。変更構成として、以上に説明した２つの実施
例の構成のいずれにおいても、基本的機能が維持される
ようにしつつ、螺旋形の条溝及び突条を、固定板ないし
固定円筒壁部材に設けるようにしても良い。
ブ永久磁石軸受１６によって行っているが、同等の機能
を有するその他の軸受構造によって行うようにしても良
い。この実施例では、始動及び停止用の、また、緊急用
の軸受として、この実施例には、一対の玉軸受１７を備
えている。変更構成として、以上に説明した２つの実施
例の構成のいずれにおいても、基本的機能が維持される
ようにしつつ、螺旋形の条溝及び突条を、固定板ないし
固定円筒壁部材に設けるようにしても良い。
【００２９】図１〜図５には、本発明を単段式の摩擦ポ
ンプの実施例に適用したものを示した。軸方向ないし径
方向に複数のポンプ段を積層して並べた構成とすれば、
より大きな圧力比を発生させることができる。図６に
は、ターボ分子ポンプ１８と組み合わせた多段式のジー
クバーン形摩擦ポンプを示した。図７には、多段式のホ
ルベック形摩擦ポンプについての同様の組み合わせの構
成を示した。
ンプの実施例に適用したものを示した。軸方向ないし径
方向に複数のポンプ段を積層して並べた構成とすれば、
より大きな圧力比を発生させることができる。図６に
は、ターボ分子ポンプ１８と組み合わせた多段式のジー
クバーン形摩擦ポンプを示した。図７には、多段式のホ
ルベック形摩擦ポンプについての同様の組み合わせの構
成を示した。
【図１】本発明の実施例に係る、磁気スラスト軸受とし
ての機能を併せ有するジークバーン形摩擦ポンプを示し
た断面図である。
ての機能を併せ有するジークバーン形摩擦ポンプを示し
た断面図である。
【図２】（ａ）は図１の一部を取り出して拡大した拡大
断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面
図である。
断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面
図である。
【図３】本発明の実施例に係る、磁気ラジアル軸受とし
ての機能を併せ有するホルベック形摩擦ポンプを示した
断面図である。
ての機能を併せ有するホルベック形摩擦ポンプを示した
断面図である。
【図４】図３の一部を取り出して拡大した拡大断面図で
ある。
ある。
【図５】図３及び図４の中の外側固定円筒壁面を示した
見取り図である。
見取り図である。
【図６】ジークバーン形摩擦ポンプとターボ分子ポンプ
とを組み合わせた構造を示した断面図である。
とを組み合わせた構造を示した断面図である。
【図７】ホルベック形摩擦ポンプとターボ分子ポンプと
を組み合わせた構造を示した断面図である。
を組み合わせた構造を示した断面図である。
６ 回転板 ７ 回転中空円筒部材 ８ 固定板 ９ 条溝 １０ 永久磁石 １１ 固定円筒壁部材 １２ 永久磁石 １３ 条溝 １９ 突条 ２０ 突条
Claims (12)
- 【請求項１】 ２枚の固定板（８）の間で回転する回転
板（６）から成るポンプ段を少なくとも１段備え、前記
回転板の片面ないし両面、もしくは前記２枚の固定板の
前記回転板に対向した２つの面の一方ないし両方の面
に、螺旋形の条溝（９）及び突条（１９）を設けて成
る、排気用のジークバーン形摩擦ポンプにおいて、 前記回転板（６）を導電性材料で形成し、該回転板
（６）の両側に、前記固定板（８）に取り付けた永久磁
石（１０）を配設し、該永久磁石（１０）を、対向する
向きの渦電流が前記回転板（６）に誘導されるように配
置し、該渦電流によって、ロータに対して軸方向安定化
力を作用させる磁界が発生するようにしたことを特徴と
する摩擦ポンプ。 - 【請求項２】 前記螺旋形の条溝（９）及び突条（１
９）を前記固定板（８）の表面に設け、前記永久磁石
（１０）をそれら条溝及び突条の下側に取り付けてある
ことを特徴とする請求項１記載の摩擦ポンプ。 - 【請求項３】 前記永久磁石（１０）を前記突条（１
９）の中に配設してあることを特徴とする請求項１また
は２記載の摩擦ポンプ。 - 【請求項４】 前記ロータを永久磁石（１４）から成る
機構によって径方向に安定化してあることを特徴とする
請求項１から３までのいずれか記載の摩擦ポンプ。 - 【請求項５】 前記ロータの回転開始以前ないし回転開
始直後に該ロータを軸方向に安定化する機能を果たす少
なくとも１つの機械式軸受（１５）を備えたことを特徴
とする請求項１から４までのいずれか記載の摩擦ポン
プ。 - 【請求項６】 ２つの固定円筒壁部材（１１）の間で回
転する回転中空円筒部材（７）から成るポンプ段を少な
くとも１段備え、前記回転中空円筒部材の片面ないし両
面、もしくは前記回転中空円筒部材に対向した前記２つ
の固定円筒壁部材（１１）の２つの面の一方ないし両方
の面に、螺旋形の条溝（１３）及び突条（２０）を設け
て成る、排気用のホルベック形摩擦ポンプにおいて、 前記回転中空円筒部材（７）を導電性材料で形成し、該
回転中空円筒部材の両側に、前記固定円筒壁部材（１
１）に取り付けた永久磁石（１２）を配設し、該永久磁
石（１２）を、対向する向きの渦電流が前記回転中空円
筒部材（７）に誘導されるように配置し、該渦電流によ
って、ロータに対して径方向安定化力を作用させる磁界
が発生するようにしたことを特徴とする摩擦ポンプ。 - 【請求項７】 前記螺旋形の条溝（１３）を前記固定円
筒壁部材（１１）の表面に設け、前記永久磁石（１２）
を該条溝の下側に取り付けてあることを特徴とする請求
項６記載の摩擦ポンプ。 - 【請求項８】 前記永久磁石（１２）を前記突条（２
０）の中に配設してあることを特徴とする請求項６また
は７記載の摩擦ポンプ。 - 【請求項９】 前記ロータを永久磁石（１６）から成る
機構によって軸方向に安定化してあることを特徴とする
請求項６から８までのいずれか記載の摩擦ポンプ。 - 【請求項１０】 前記ロータの回転開始以前ないし回転
開始直後に該ロータを軸方向に安定化する機能を果たす
少なくとも１つの機械式軸受（１７）を備えたことを特
徴とする請求項６から９までのいずれか記載の摩擦ポン
プ。 - 【請求項１１】 前記回転板ないし前記回転中空円筒部
材に代えて円錐形部材ないし球形部材を備え、その円錐
形部材ないし球形部材に近接させて備える固定部材を、
その円錐形部材ないし球形部材に対応した形状のものと
したことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか
記載の摩擦ポンプ。 - 【請求項１２】 前記摩擦ポンプをターボ分子ポンプ
（１８）と組み合せ、該摩擦ポンプと該ターボ分子ポン
プとを１本の回転軸に取り付け、該摩擦ポンプを該ター
ボ分子ポンプの背圧側に配設したことを特徴とする請求
項１から１１までのいずれか記載の摩擦ポンプ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4410656.4 | 1994-03-26 | ||
| DE4410656A DE4410656A1 (de) | 1994-03-26 | 1994-03-26 | Reibungspumpe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0842486A true JPH0842486A (ja) | 1996-02-13 |
| JP3723593B2 JP3723593B2 (ja) | 2005-12-07 |
Family
ID=6514011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03109295A Expired - Fee Related JP3723593B2 (ja) | 1994-03-26 | 1995-02-20 | 摩擦ポンプ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5547338A (ja) |
| EP (1) | EP0675289B1 (ja) |
| JP (1) | JP3723593B2 (ja) |
| DE (2) | DE4410656A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19504278A1 (de) * | 1995-02-09 | 1996-08-14 | Leybold Ag | Testgas-Lecksuchgerät |
| US5847480A (en) * | 1995-11-03 | 1998-12-08 | The Regents Of The University Of California | Passive magnetic bearing element with minimal power losses |
| IT1281025B1 (it) * | 1995-11-10 | 1998-02-11 | Varian Spa | Pompa turbomolecolare. |
| DE19613148A1 (de) * | 1996-04-03 | 1997-10-09 | Alfa Laval Flow Gmbh | Drehkolbenpumpe mit magnetischer Rotorhalterung |
| IT1296155B1 (it) * | 1996-04-05 | 1999-06-09 | Varian Spa | Rotore di pompa turbomolecolare |
| GB9609281D0 (en) * | 1996-05-03 | 1996-07-10 | Boc Group Plc | Improved vacuum pumps |
| SE508445C2 (sv) * | 1997-01-28 | 1998-10-05 | Magnetal Ab | Vakuumpump av höghastighetstyp |
| US5938406A (en) * | 1997-04-18 | 1999-08-17 | Varian, Inc. | Rotor for turbomolecular pump |
| DE19804768B4 (de) * | 1998-02-06 | 2006-08-24 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | Rotorlagerung für eine Gasreibungspumpe |
| ITTO980453A1 (it) * | 1998-05-27 | 1999-11-29 | Varian Spa | Pompa da vuoto compatta |
| TW504548B (en) * | 1998-06-30 | 2002-10-01 | Ebara Corp | Turbo molecular pump |
| US6508631B1 (en) | 1999-11-18 | 2003-01-21 | Mks Instruments, Inc. | Radial flow turbomolecular vacuum pump |
| KR100610012B1 (ko) * | 2004-08-16 | 2006-08-09 | 삼성전자주식회사 | 터보 펌프 |
| GB0618745D0 (en) † | 2006-09-22 | 2006-11-01 | Boc Group Plc | Molecular drag pumping mechanism |
| DE102008035891A1 (de) | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Vakuumpumpe |
| DE102008048210A1 (de) | 2008-09-20 | 2010-05-12 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Dämpfungsvorrichtung |
| US8070419B2 (en) * | 2008-12-24 | 2011-12-06 | Agilent Technologies, Inc. | Spiral pumping stage and vacuum pump incorporating such pumping stage |
| DE102009055888A1 (de) * | 2009-11-26 | 2011-06-01 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Vakuumpumpe |
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